ES2226115T3 - GRAPHIC MATERIALS WITH MICRODOMINIUMS AND PROCEDURE FOR THEIR PRODUCTION. - Google Patents
GRAPHIC MATERIALS WITH MICRODOMINIUMS AND PROCEDURE FOR THEIR PRODUCTION.Info
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Abstract
Método para la producción de materiales de grafito con microdominios mediante la descomposición de un carburante de hidrocarburo en un reactor de plasma que consiste en una cámara de descomposición conectada a un generador de plasma, en la cual el reactor de plasma se alimenta con H2 como gas formador de plasma, caracterizado porque el carburante de hidrocarburo se descompone en un proceso de dos pasos en el cual los hidrocarburos están sujetos a un primer paso de descomposición en el cual el carburante de hidrocarburo se introduce en la cámara de descomposición en la cercanía de la zona del arco de plasma y se mezcla con el gas de plasma, y en el cual los parámetros del proceso se ajustan de tal manera que los hidrocarburos no alcanzan la temperatura de pirolisis y sólo se descomponen sólo parcialmente para formar hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), y en el cual los hidrocarburos en forma de PAH, tras el primer paso de composición, se mezclan con el gas del plasma y se reintroducen formando parte del gas de plasma en la zona del arco de plasma en la cámara de descomposición y se someten a un segundo paso de descomposición, en el cual los parámetros del proceso se ajustan de tal manera que en la zona del arco de plasma se consigue que los PAH se conviertan completamente en materiales de grafito con microdominios.Method for the production of graphite materials with microdomains by decomposing a hydrocarbon fuel in a plasma reactor consisting of a decomposition chamber connected to a plasma generator, in which the plasma reactor is fed with H2 as a gas plasma former, characterized in that the hydrocarbon fuel decomposes in a two-step process in which the hydrocarbons are subject to a first decomposition step in which the hydrocarbon fuel is introduced into the decomposition chamber in the vicinity of the zone of the plasma arc and mixes with the plasma gas, and in which the process parameters are adjusted in such a way that the hydrocarbons do not reach the pyrolysis temperature and only partially decompose to form polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) , and in which the hydrocarbons in the form of PAH, after the first step of composition, are mixed with the gas of the pl asthma and are reintroduced as part of the plasma gas in the area of the plasma arc in the decomposition chamber and undergo a second decomposition step, in which the process parameters are adjusted such that in the arc zone from plasma, PAHs are completely converted into graphite materials with microdomains.
Description
Materiales grafíticos con microdominios y procedimiento para su producción.Graphite materials with microdomains and Procedure for its production.
La presente invención se refiere a un método para producir materiales de grafito con microdominios para su uso en procesos de plasma, y para producir nuevos materiales de grafito microcónicos. Por materiales de grafito con microdominios se hace referencia a fullerenos, nanotubos de carbono, estructuras de carbono cónicas abiertas (también denominadas microconos), preferiblemente láminas de grafito planas, o una mezcla de dos de las estructuras mencionadas. El nuevo material de carbono consiste en microconos de carbono abiertos con unas disclinaciones totales de 60º y/o 120º, que corresponden a unos ángulos del cono de 112,90 y/o 83,6º respectivamente.The present invention relates to a method for produce graphite materials with microdomains for use in plasma processes, and to produce new graphite materials microconical For graphite materials with microdomains it is done reference to fullerenes, carbon nanotubes, structures of open conical carbon (also called microcones), preferably flat graphite sheets, or a mixture of two of The mentioned structures. The new carbon material consists in open carbon microconos with total disclinations 60º and / or 120º, which correspond to cone angles of 112.90 and / or 83.6º respectively.
Actualmente existe un gran interés por los nuevos materiales de carbono por sus propiedades exclusivas y novedosas. Por ejemplo, los materiales de carbono pueden ser útiles para conseguir un elevado almacenamiento de energía de hidrógeno, para su uso en procesos de purificación así como para distintas aplicaciones dentro del sector electrónico y farmacéutico. Las propiedades son sensibles a la microestructura del material de carbono, que puede variar según el grado de grafitación y la introducción de anillos no hexagonales en la red. Los fullerenos constituyen ejemplos de nuevas estructuras de grafito, en las cuales la introducción de 12 pentágonos en la red hexagonal da lugar a armazones cerrados [1]. Los nanotubos de carbono también constituyen un ejemplo de tales posibilidades [2]. Las estructuras cónicas abiertas constituyen otro ejemplo más de las estructuras de grafito posibles, pero sólo se han sintetizado tres de las cinco clases posibles [3, 4, 5].There is currently a great interest in new Carbon materials for their exclusive and innovative properties. For example, carbon materials can be useful for achieve high hydrogen energy storage, to its use in purification processes as well as for different applications within the electronic and pharmaceutical sector. The properties are sensitive to the microstructure of the material of carbon, which may vary according to the degree of graffiti and the introduction of non-hexagonal rings in the network. Fullerenes they constitute examples of new graphite structures, in the which the introduction of 12 pentagons in the hexagonal network gives rise to to closed frames [1]. Carbon nanotubes too they constitute an example of such possibilities [2]. The structures open conics are another example of the structures of possible graphite, but only three of the five have been synthesized possible classes [3, 4, 5].
El interés reciente demostrado por los fullerenos y nanotubos está relacionado, entre otros, con su uso en el campo del almacenamiento de hidrógeno. En consecuencia, se ha descrito para los nanotubos un almacenamiento de hidrógeno que alcanza un asombroso 75% en peso [6]. Si es así, probablemente representará un gran avance en un sistema práctico de almacenamiento de hidrógeno para su uso en el sector del transporte. Se ha propuesto que los coches celulares del futuro que utilicen esta tecnología de almacenamiento pueden alcanzar una autonomía en torno a los 8.000 km.The recent interest shown by fullerenes and nanotubes is related, among others, to its use in the field of hydrogen storage. Consequently, it has been described for nanotubes a hydrogen storage that reaches a amazing 75% by weight [6]. If so, it will probably represent a great breakthrough in a practical hydrogen storage system for use in the transport sector. It has been proposed that Cellular cars of the future that use this technology storage can reach an autonomy around 8,000 km.
En el caso de los fullerenos, se consigue recuperar más del 7% en peso del hidrógeno añadido reversiblemente [7, 8, 9]. Los fullerenos también se han usado como una mezcla de fase sólida con compuestos intermetálicos o metales para conseguir contenidos elevados de hidrógeno, es decir, 24-26 átomos de H por molécula de fullereno [10].In the case of fullerenes, it is achieved recover more than 7% by weight of the hydrogen added reversibly [7, 8, 9]. Fullerenes have also been used as a mixture of solid phase with intermetallic compounds or metals to achieve high hydrogen contents, that is, 24-26 H atoms per fullerene molecule [10].
El material de grafito plano formado por apilamientos de láminas bidimensionales presenta una superficie grande para absorber los elementos y compuestos albergados. No obstante, en este tipo de materiales el proceso de absorción está limitado por la difusión y cuanto mayor sea el dominio de grafito, más lenta será la absorción. Podría ser interesante disponer de materiales de alto contenido de grafito en los cuales los dominios fueran tan pequeños como para que el material albergado pudiera alcanzar fácilmente todos los microdominios de grafito por percolación a través de la materia prima de carbono. La accesibilidad de los microdominios podría mejorar aún más si algunos o todos los dominios presentaran una disclinación, teniendo preferentemente cada dominio una disclinación menor o igual a 300º para proporcionar cavidades, o microporos, para permitir el flujo del material albergado.The flat graphite material formed by stacking of two-dimensional sheets has a surface Great for absorbing the elements and compounds housed. Do not However, in this type of materials the absorption process is limited by diffusion and the greater the graphite domain, The slower the absorption. It might be interesting to have high graphite materials in which domains were so small that the material housed could easily reach all graphite microdomains by percolation through carbon raw material. The Accessibility of microdomains could be further improved if some or all the domains will present a disclination, having preferably each domain a discretion less than or equal to 300º to provide cavities, or micropores, to allow flow of the material housed.
Un problema frecuente que existe con los métodos de síntesis actuales de estos materiales de grafito es el bajo rendimiento de producción. Los fullerenos se suelen sintetizar vaporizando los electrodos de grafito mediante descargas en arco de carbono con una atmósfera reducida de gas inerte. Se ha descrito una velocidad de conversión en fullerenos del 10%-15%, correspondiente a una velocidad de generación de casi 10 gramos por hora [11].A frequent problem that exists with the methods Current synthesis of these graphite materials is the low production yield Fullerenes are usually synthesized vaporizing graphite electrodes by arc discharges of carbon with a reduced atmosphere of inert gas. One has been described conversion speed in fullerenes of 10% -15%, corresponding at a generation speed of almost 10 grams per hour [11].
El método del arco de carbono también es el que se usa con mayor frecuencia para la producción de nanotubos de carbono. En condiciones óptimas, se han obtenido rendimientos de los nanotubos de aproximadamente el 60% del material del núcleo [2]. Aún así, el rendimiento obtenido alcanza cantidades en gramos.The carbon arc method is also the one that It is most often used for the production of nanotubes of carbon. Under optimal conditions, yields of the nanotubes of approximately 60% of the core material [2]. Even so, the yield obtained reaches quantities in grams
Se obtienen pequeñas cantidades no especificadas de estructuras de carbono cónicas abiertas calentando con una resistencia una lámina de carbono y condensando a continuación el vapor de carbono en una superficie de grafito pirolítico con alta orientación [3, 4]. Los ángulos del cono producidos con este método alcanzaron aproximadamente de 19º [3], y 19º y también 60º [4]. El calentamiento de la varilla de carbono con una resistencia y el depósito posterior sobre superficies más frías se utilizó para producir conos con ángulos de cono aparentes de aproximadamente 39º [5]. Se puede demostrar a partir de una lámina continua de grafito que sólo se pueden ensamblar cinco tipos de conos, en los cuales cada dominio se define exclusivamente por su disclinación topológica TD que viene dada por la fórmula general:Small unspecified quantities are obtained of open conical carbon structures heating with a resistance a carbon sheet and then condensing the carbon vapor on a pyrolytic graphite surface with high orientation [3, 4]. Cone angles produced with this method they reached approximately 19º [3], and 19º and also 60º [4]. He heating of the carbon rod with a resistor and the subsequent deposit on colder surfaces was used to produce cones with apparent cone angles of approximately 39 ° [5]. It can be demonstrated from a continuous sheet of graphite that only five types of cones can be assembled, in which each domain is defined exclusively by its topological discernment TD that is given by the general formula:
TD = N x 60 grados, en la que N =0, 1, 2, 3, 4 ó 5,TD = N x 60 degrees, in which N = 0, 1, 2, 3, 4 or 5,
La estructura de estos dominios de grafito se puede describir en términos generales como apilamientos de láminas de grafito con estructuras planas (N = 0) o cónicas (N = 1 a 5). Por consiguiente, hasta la fecha aún no se han descrito dos de estas estructuras que tengan ángulos del cono de 83,6º y 112,90.The structure of these graphite domains is can describe in general terms as sheet stacks Graphite with flat structures (N = 0) or conical (N = 1 to 5). Therefore, to date, two of these structures that have cone angles of 83.6º and 112.90.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un nuevo método según se define en la reivindicación 1 para producir materiales de grafito con microdominios. El método puede proporcionar unos índices de rendimiento importantes, incluso por encima del 90%.An objective of the present invention is providing a new method as defined in claim 1 to produce graphite materials with microdomains. The method can provide important performance rates even above 90%.
Otro objetivo de esta invención es proporcionar el método que se define en la reivindicación 1 que es adecuado para la producción a escala industrial de materiales de grafito con microdominios.Another objective of this invention is to provide the method defined in claim 1 which is suitable for Industrial scale production of graphite materials with microdomains
Además, constituye objetivo de esta invención
proporcionar un método que pueda producir materiales de grafito con
microdominios que consistan al menos en parte en un nuevo material
de grafito altamente cristalino compuesto por estructuras de
carbono cónicas abiertas que prefieren ángulos del cono de 83,6º y
112,9º, lo que corresponde a
N = 1 y 2. El resto de los
materiales con microconos de grafito son fullerenos, nanotubos de
carbono, los demás conos abiertos de carbono (N= 3, 4, ó 5),
preferiblemente láminas planas de grafito (N = 0), o una mezcla de
dos o más de ellos.In addition, it is an object of this invention to provide a method that can produce graphite materials with microdomains that consist at least in part in a new highly crystalline graphite material composed of open conical carbon structures that prefer cone angles of 83.6 ° and 112 , 9th, which corresponds to
N = 1 and 2. The rest of the materials with graphite microcones are fullerenes, carbon nanotubes, the other open carbon cones (N = 3, 4, or 5), preferably flat graphite sheets (N = 0), or a mixture of two or more of them.
En la Figura 1 se muestra una representación esquemática del reactor y del equipo que le rodea.A representation is shown in Figure 1 Schematic of the reactor and the surrounding equipment.
En la Figura 2 se muestra una fotografía de las muestras obtenida con el microscopio electrónico de transmisión, en la que se revelan los distintos tipos de carbonos microcónicos carbonos abiertos de la invención.Figure 2 shows a photograph of the samples obtained with the transmission electron microscope, in which reveal the different types of microconic carbons open carbons of the invention.
En la Figura 3 se muestran los ángulos previstos en los conos de grafito perfectos, es decir, 19,2º, 38,9º, 60º, 83,6º y 112,9º, que representan una disclinación total de 300º, 240º, 180º, 120º y 60º, respectivamente. Además, se muestra una lámina de grafito que tiene un ángulo previsto de 180º y una disclinación total de 0º.The expected angles are shown in Figure 3 in the perfect graphite cones, that is, 19.2º, 38.9º, 60º, 83.6º and 112.9º, which represent a total discrimination of 300º, 240º, 180º, 120º and 60º, respectively. In addition, a graphite sheet that has an expected angle of 180º and a total discrimination of 0º.
En las Figuras 4A, 4B, 4C, 4D y 4E se muestra un ejemplo de dominios de cada tipo de disclinación 60º, 120º, 180º, 240º y 300º, respectivamente, presente en la invención.Figures 4A, 4B, 4C, 4D and 4E show a example of domains of each type of discrimination 60º, 120º, 180º, 240º and 300º, respectively, present in the invention.
La invención se basa en la descomposición de hidrocarburos en carbono e hidrógeno en un proceso desarrollado en plasma. El arco de plasma se forma en un generador de plasma que consiste en electrodos tubulares en los cuales el electrodo interno recibe una corriente eléctrica de voltaje directo con una polaridad y en los cuales el electrodo externo está conectado a la polaridad opuesta procedente de la fuente de alimentación. El generador de plasma se instala junto a un reactor de descomposición en cual el reactor se ha diseñado como una cámara de calor aislada definida con una salida para los productos finales. El gas del plasma se recicla en el proceso. Se puede encontrar una descripción más detallada del proceso general y los equipos en la solicitud de patente noruega nº 176522.The invention is based on the decomposition of carbon hydrocarbons and hydrogen in a process developed in plasma. The plasma arc is formed in a plasma generator that consists of tubular electrodes in which the internal electrode receives a direct voltage electric current with a polarity and in which the external electrode is connected to the polarity opposite from the power supply. Generator plasma is installed next to a decomposition reactor in which the reactor has been designed as an insulated heat chamber defined with An outlet for the final products. Plasma gas is recycled in the process. A more detailed description of the general process and equipment in Norwegian patent application no. 176522
La estructura del material de carbono resultante dependerá de los siguientes tres parámetros del proceso: La velocidad de introducción de los hidrocarburos, la entalpía del gas del plasma y el tiempo de estancia. Al variar estos parámetros, el material de carbono resultante estará en forma de carbono negro convencional, en forma de materiales de grafito con microdominios o en forma de una mezcla de ambos. En esta invención describiremos los parámetros del proceso para optimizar los materiales de grafito con microdominios.The structure of the resulting carbon material It will depend on the following three process parameters: speed of introduction of hydrocarbons, enthalpy of gas of plasma and time of stay. By varying these parameters, the resulting carbon material will be in the form of black carbon conventional, in the form of graphite materials with microdomains or in the form of a mixture of both. In this invention we will describe process parameters to optimize graphite materials With microdomains.
Los hidrocarburos se introducen en el reactor de descomposición en el entorno de la zona del arco de plasma usando un inyector de invención propia que se alinea con el rociador de hidrocarburo en la dirección axial del reactor, y que se ha diseñado de manera que se forman gotas gruesas. Se hace de esta manera para retrasar la evaporación del hidrocarburo y, de este modo, se optimiza la formación del material de grafito con microdominios como se explica a continuación de forma más detallada.The hydrocarbons are introduced into the reactor of decomposition around the plasma arc zone using an injector of its own invention that aligns with the sprayer of hydrocarbon in the axial direction of the reactor, and that has designed so that thick drops form. It is made of this way to delay the evaporation of the hydrocarbon and, of this mode, the formation of graphite material is optimized with microdomains as explained below more detailed.
La energía se suministra desde el arco de plasma para calentar el gas de plasma. Parte de la energía procedente del arco se usará para calentar las paredes del reactor, así como el propio generador de plasma. El contenido resultante de energía del gas de plasma (la entalpía del gas de plasma) es suficiente para evaporar los hidrocarburos. Los hidrocarburos comienzan a agrietarse y se produce su polimerización, que da lugar a la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Los PAH son la base de las láminas de grafito que forman los microdominios. La entalpía del gas del plasma se mantiene en un nivel tal que la fracción principal de los hidrocarburos gaseosos no alcanza las temperaturas de pirólisis con la velocidad de introducción especificada y el tiempo de residencia utilizado. No obstante, será inevitable que una pequeña fracción de la reserva de alimentación alcance la energía suficiente durante el tiempo de residencia en el reactor para alcanzar la temperatura de pirólisis y se convierta, en consecuencia, en carbono negro convencional. Esta fracción debe mantenerse lo más baja posible.The energy is supplied from the plasma arc to heat the plasma gas. Part of the energy coming from arc will be used to heat the reactor walls, as well as the own plasma generator. The resulting energy content of the plasma gas (the enthalpy of plasma gas) is sufficient to evaporate the hydrocarbons. The hydrocarbons begin to cracking and polymerization occurs, which results in the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). PAHs they are the base of the graphite sheets that form the microdomains. The enthalpy of plasma gas is maintained at a level such that the main fraction of gaseous hydrocarbons does not reach pyrolysis temperatures with the rate of introduction specified and the residence time used. However, it will be inevitable that a small fraction of the power reserve reach enough energy during the residence time in the reactor to reach the pyrolysis temperature and convert, consequently, in conventional black carbon. This fraction must Stay as low as possible.
Los PAH abandonan el reactor con el gas de plasma y se introduce una vez más en el reactor formando parte del gas de plasma. El gas de plasma entra en la zona de energía intensiva del arco de plasma, en donde los PAH se convierten durante una fracción de segundo en microdominios de grafito.PAHs leave the reactor with plasma gas and is introduced once more into the reactor as part of the gas of plasma. Plasma gas enters the energy intensive zone of the plasma arc, where PAHs become a fraction second in graphite microdomains.
La velocidad de introducción de la reserva de alimentación para optimizar los materiales de grafito con microdominios es del orden de 50-150 kg/h en un reactor utilizado por el inventor, pero no se limita a este intervalo. Podrían usarse velocidades de alimentación de la reserva de alimentación tanto más altas como más bajas. El rendimiento del material con microdominios de grafito es superior al 90% en condiciones óptimas. Al menos el 10% de esos dominios tienen disclinaciones totales mayores de 60º. Teniendo en cuenta la velocidad de introducción de la reserva de alimentación utilizada, se consiguen cantidades industriales de material de carbono con microdominios. Al aumentar a escala, se conseguirá un precio que éste al mismo nivel que el carbono negro comercial por unidad de peso del material.The speed of introduction of the reservation of feed to optimize graphite materials with Microdomains is of the order of 50-150 kg / h in a reactor used by the inventor, but not limited to this interval. Reserve feed rates could be used Feeding both higher and lower. The performance of Graphite microdomain material is greater than 90% in optimal conditions. At least 10% of those domains have total disclinations greater than 60º. Considering the speed of introduction of the power reserve used, industrial quantities of carbon material are achieved with microdomains By increasing to scale, you will get a price that this at the same level as commercial black carbon per unit of material weight
En la Figura 1 se muestra una representación esquemática del reactor. En la solicitud de patente noruega nº 176511 se incluyen más detalles sobre el reactor y el equipo que le rodea.A representation is shown in Figure 1 reactor schematic In Norwegian patent application no. 176511 includes more details about the reactor and the equipment that surrounds.
En la Figura 2 se muestra un ejemplo típico del contenido del material con microdominios. Cada pieza de la muestra forma unos dominios de grafito sencillos y la alineación de las láminas de cada dominio es típicamente turbostática, según se determina con el microscopio electrónico. El diámetro de los dominios suele ser menor a 5 micras y el grosor es menor a 100 nanometros.A typical example of the content of the material with microdomains. Each piece of the sample it forms simple graphite domains and the alignment of the sheets of each domain is typically turbostatic, as determined with the electron microscope. The diameter of the domains is usually less than 5 microns and the thickness is less than 100 nanometers
Si el cono se elabora con una lámina ininterrumpida de grafito, excepto en su extremo abierto, sólo son posibles cinco tipos de conos, debido a la simetría del grafito. Estos tipos se corresponden con una disclinación total de 60º, 120º, 180º, 240º y 300º. Una disclinación total de 0º corresponde a un dominio plano. En la Figura 3, se muestran esquemáticamente los ángulos previstos para estas estructuras. En las Figuras 4A, 4B, 4C, 4D y 4E se muestran ejemplos de cada uno de estos tipos de dominios. Es importante observar que todos los conos se cierran en el vértice. Los dominios cónicos representan al menos el 10% del material. El material de esta invención consiste en microdominios de grafito de disclinaciones totales TD bien definidas (curvatura), que tiene valores discretos que vienen dados por la fórmulaIf the cone is made with a foil uninterrupted graphite, except at its open end, they are only five types of cones possible, due to the symmetry of graphite. These types correspond to a total discrimination of 60º, 120º, 180º, 240º and 300º. A total discrimination of 0º corresponds to A flat domain. In Figure 3, the schematics are shown planned angles for these structures. In Figures 4A, 4B, 4C, 4D and 4E show examples of each of these types of domains It is important to note that all cones are closed in the vertex Conical domains represent at least 10% of the material. The material of this invention consists of microdomains of graphite of well-defined TD total disclinations (curvature), which has discrete values that are given by the formula
TD = N x 60 grados, en la que N =0, 1, 2, 3, 4 ó 5,TD = N x 60 degrees, in which N = 0, 1, 2, 3, 4 or 5,
y corresponde al número efectivo de pentágonos necesarios para producir una disclinación total en particular.and corresponds to the effective number of pentagons necessary to produce a total discrimination in particular.
Los resultados en los que se basa el proceso indican que la disclinación total casi siempre se determina en la etapa de nucleación. Previamente, se ha determinado que la probabilidad de formar pentágonos sobre el núcleo depende de la temperatura [12]. En consecuencia, al variar los parámetros del proceso, incluidos, entre otros, el aumento de la temperatura de la reacción, puede aumentar el número de pentágonos sobre el núcleo, dando lugar a la formación de nanotubos o de armazones cerrados.The results on which the process is based indicate that total disclination is almost always determined in the nucleation stage Previously, it has been determined that the probability of forming pentagons on the nucleus depends on the temperature [12]. Consequently, by varying the parameters of the process, including, among others, the increase in the temperature of the reaction, you can increase the number of pentagons on the core, leading to the formation of nanotubes or frames closed.
El pequeño tamaño de los dominios y la presencia de varias disclinaciones en el material de grafito producido en la presente invención son útiles para la incorporación de los elementos y compuestos albergados. El espacio que queda entre los dominios proporcionará microporos para el flujo del material albergado, de forma que pueda alcanzar cada dominio. El pequeño tamaño de los dominios permitirá la difusión rápida del material albergado entrando y saliendo de cada capa que los compone.The small size of the domains and the presence of several disclinations in the graphite material produced in the The present invention are useful for the incorporation of elements and compounds housed. The space that remains between domains will provide micropores for material flow housed, so that it can reach each domain. The small Domain size will allow rapid dissemination of material lodged entering and leaving each layer that composes them.
La invención se ilustrará con mayor detalle haciendo referencia a los ejemplos siguientes, que no deben entenderse como limitantes en el ámbito de la presente invención. En el Ejemplo 1 se eligen los parámetros del proceso de tal forma que se forma carbono negro convencional en el primer ciclo (y único) de hidrocarburos a través del reactor. Al variar la velocidad de introducción de la reserva de alimentación, la entalpía del gas del plasma y el tiempo de residencia se ve en el Ejemplo 2 que en el segundo ciclo que atraviesa el reactor se pueden producir los materiales de grafito con microdominios a partir de los PAH formados en el primer ciclo.The invention will be illustrated in greater detail. referring to the following examples, which should not understood as limiting in the scope of the present invention. In Example 1 the process parameters are chosen in such a way that conventional black carbon is formed in the first (and only) cycle of hydrocarbons through the reactor. By varying the speed of introduction of the power reserve, the enthalpy of gas from the plasma and residence time is seen in Example 2 which in the second cycle that crosses the reactor can produce the Graphite materials with microdomains from PAHs formed in the first cycle.
El combustible pesado se calentó hasta 160ºC y se introdujo en el reactor para su uso en el inyector axial alineado de invención propia con una velocidad de introducción de 67 kg por hora. La presión del reactor se mantuvo en 2 bar. Como gas de plasma se utilizó el hidrógeno y la velocidad de introducción del gas del plasma fue de 350 Nm^{3}/h, mientras que el suministro bruto de energía desde el generador de plasma fue de 620 kW. Con ello se consiguió una entalpía de gas del plasma de 1,8 kWh/Nm^{3} de H_{2}. El tiempo transcurrido desde que se introdujo el aceite atomizado hasta que el producto abandonó el reactor fue de aproximadamente 0,23 segundos.The heavy fuel was heated to 160 ° C and was introduced into the reactor for use in the aligned axial injector of own invention with an introduction speed of 67 kg per hour. The reactor pressure was maintained at 2 bar. As gas from hydrogen hydrogen was used and the rate of introduction of plasma gas was 350 Nm3 / h, while the supply Gross energy from the plasma generator was 620 kW. With this achieved a plasma gas enthalpy of 1.8 kWh / Nm 3 of H 2. The elapsed time since it introduced the atomized oil until the product left the reactor was approximately 0.23 seconds.
El negro de carbono resultante fue el amorfo tradicional de calidad N-7xx. El contenido volátil medido en el negro de carbono fue de 0,6%.The resulting carbon black was the amorphous Traditional quality N-7xx. Volatile content measured on carbon black was 0.6%.
En este ejemplo, la velocidad de introducción del aceite, la entalpía del gas hidrógeno del plasma y el tiempo de estancia se ajustaron en una dirección tal que los hidrocarburos evaporados no alcanzaron la temperatura de pirolisis durante el primer ciclo. El tiempo de estancia de los hidrocarburos durante el primer ciclo a través de los reactores se redujo al mínimo aumentando la velocidad de introducción del aceite y del gas de plasma.In this example, the introduction speed of the oil, enthalpy of plasma hydrogen gas and the time of stay adjusted in a direction such that hydrocarbons evaporated did not reach the pyrolysis temperature during first cycle. The time of stay of the hydrocarbons during the first cycle through the reactors was minimized increasing the rate of introduction of oil and gas from plasma.
El carburante pesado se calentó a 160ºC y se introdujo en el reactor para su uso en el inyector axial alineado de invención propia con una velocidad de introducción de 115 kg por hora. La presión del reactor se mantuvo en 2 bar. La velocidad de introducción del gas hidrógeno del plasma fue de 450 Nm^{3}/h, si bien la fuente de alimentación bruta del generador de plasma fue de 1005 kW. Con ello, se consiguió una entalpía del gas de plasma de 2,2 kWh/Nm^{3} de H_{2}. El tiempo transcurrido desde que se introdujo el aceite hasta que los PAH abandonaron el reactor fue de aproximadamente 0,16 segundos.The heavy fuel was heated to 160 ° C and was introduced into the reactor for use in the aligned axial injector of its own invention with an introduction speed of 115 kg per hour. The reactor pressure was maintained at 2 bar. The speed of Introduction of plasma hydrogen gas was 450 Nm3 / h, if well the gross power source of the plasma generator was from 1005 kW With this, an enthalpy of plasma gas from 2.2 kWh / Nm 3 of H 2. The elapsed time since it introduced the oil until the PAH left the reactor was approximately 0.16 seconds.
Los PAH resultantes se reintrodujeron en el reactor en la zona del arco de plasma para producir un material de grafito con microdominios, con un rendimiento superior al 90%. El contenido volátil medido en el material de carbono fue del 0,7%. Todos los demás parámetros del proceso fueron los mismos que en el primer ciclo.The resulting PAHs were reintroduced into the reactor in the area of the plasma arc to produce a material of Graphite with microdomains, with a yield greater than 90%. He Volatile content measured in the carbon material was 0.7%. All other process parameters were the same as in the first cycle.
Aunque en el ejemplo del método se han descrito como una conversión del combustible pesado en materiales de grafito con microdominios, debería entenderse que el método se puede aplicar a todos los hidrocarburos, tanto líquidos como gaseosos. Además, el método puede realizarse como un lote o como producción continua, con uno o más reactores de plasma en serie, etc. En el caso de que los PAH formados en la primera parada de descomposición se reintroduzcan en el mismo reactor de plasma, los materiales de grafito con microdominios formados en el segundo paso de descomposición se separarán, evidentemente, de los PAH por cualquier método convencional adecuado. Este método puede consistir en filtrado, separador ciclónico, etc.Although in the example of the method have been described as a conversion of heavy fuel into graphite materials with microdomains, it should be understood that the method can be apply to all hydrocarbons, both liquid and gaseous. In addition, the method can be performed as a batch or as production continuous, with one or more serial plasma reactors, etc. At case of PAHs formed at the first decomposition stop the materials of the same are reintroduced into the same plasma reactor graphite with microdomains formed in the second step of decomposition will obviously be separated from PAHs by Any suitable conventional method. This method may consist in filtering, cyclone separator, etc.
Además, se puede usar como gas de plasma cualquier gas que sea inerte y no contamine el grafito con productos de microdominios, pero el hidrógeno es especialmente adecuado porque este elemento se encuentra en la reserva de alimentación. El gas de plasma puede volver a reciclarse hacia el interior del reactor, si se desea. También es posible emplear el presente método introduciendo más hidrocarburos a través de las entradas en los laterales del reactor de descomposición para controlar la temperatura en la zona de descomposición y/o incrementar el rendimiento, ver la solicitud de patente noruega nº 176522.In addition, it can be used as a plasma gas any gas that is inert and does not contaminate graphite with microdomain products, but hydrogen is especially suitable because this element is in the reserve of feeding. Plasma gas can be recycled back to the inside the reactor, if desired. It is also possible to use the present method by introducing more hydrocarbons through entries on the sides of the decomposition reactor for control the temperature in the zone of decomposition and / or increase yield, see Norwegian patent application no. 176522
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